新工科背景下基于建構主義的力學基礎課教學改革

［摘 要］新工科建設背景下的力學基礎課教學模式改革，逐漸從以教師的教為中心向以學生的學為中心轉變。這種轉變需要良好的教學設計，基于建構主義組織教學活動和構建教學評價系統，將課程思政貫穿教學全過程，培養學生的思辨精神、使命擔當精神，實施集合多元教育技術的線上線下混合式教學，培養學生的學習能力、協作能力、溝通能力，設計多維度過程考核和結果考核相結合的考核評價系統，促進學生綜合素質提高，最終達成課程育人的知識目標、技能目標和素質目標。

［關鍵詞］新工科；建構主義；混合式教學；教學目標；課程思政

［中圖分類號］ G642.0；O31 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 2095-3437（2022）11-0045-04

新工科建設是基于國家戰略發展新需求、國際競爭新形勢、立德樹人新要求而提出的高等工程教育改革方向。對高校新工科模式下的教學，吳愛華、楊秋波、郝杰等人[1]指出，要踐行三大質量理念：堅持學生中心，著眼于學生的全面發展，尊重學生主體地位，實現從以“教”為中心向以“學”為中心的轉變，使教學改革的成果惠及全體學生。

理論力學、工程力學、材料力學等課程是非常重要的工科技術基礎課，是半數以上工科學生的必修課。其教學目標可分為知識目標、技能目標和素質目標[2]。首先，課程要求學生掌握基本力學知識，為學習有關的后續課程打好必要的基礎。其次，課程旨在培養學生綜合運用力學概念和理論分析解決工程實際問題的能力。再次，課程要求學生學習力學方法論，培養學生的力學思維，建立工程認知模型，從而提高學生的綜合素質[3]。

本文將研究新工科模式下基于建構主義構建理論力學、工程力學等力學基礎課程的混合式教學模式，研究如何構建教學目標、教學活動和教學評價的一致性，將多種教學模式相結合，以提高教學成效；研究如何利用多種教育技術、多元化的教學資源，課內外融通，提升學生對力學知識的吸收能力和綜合運用能力；研究如何將力學基礎課課程思政貫穿于人才培養全過程，提高學生綜合素質。

一、基于建構主義的力學基礎課混合式教學模式的構建

建構主義教學系統中預期學習成效、教學活動和教學評價相輔相成，教學活動緊緊圍繞教學目標進行。教學目標分類學是以布盧姆為代表的美國心理學家在20世紀50年代提出的。與教學活動相應的課程目標一般有三個層次的含義，即知識目標、技能目標和素質目標。

按照布盧姆學習目標分類學，可以將知識目標分為記憶、理解、應用、分析、評價和創造六個層次。反映在力學教學中，就是要求學生理解理論力學、材料力學等課程知識點，學會應用力學基本概念和知識來分析解決工程實際中的力學問題，對工程中的一些問題能夠基于力學知識進行評價，然后能夠基于所學力學知識創新。

技能目標指學生能夠綜合應用所學各科知識解決工程實際問題，擁有在解決問題過程中所需要的溝通、團隊協作和自我管理、分析、決策、創新等能力，并具備思辨精神和能力。

素質目標，即學生能有較強的口頭表達能力、學術寫作能力，能夠樹立正確的世界觀、人生觀、價值觀，有良好的學術道德觀念、高度的社會責任感和使命擔當精神，最終形成良好的個人綜合素質。

基于一致性對建構主義進行混合式教學模式研究，教學活動的建構緊緊圍繞課程目標進行，給出明確的預期學習成效，設計合理的教學活動，包括教師活動、學生活動、小組活動，師生互動，制定切實可行的教學評價標準，從而更好地促進教學目標的達成。基于建構主義的混合式教學模式結構如圖1所示。

二、基于課程素質目標的工科基礎課課程思政貫穿教學全過程

課程教學目標歸根結底要實現對學生綜合素質的培養，學生除了要具備扎實的專業知識和嫻熟的工作技能，更要具備科學正確的世界觀，有家國情懷、有擔當[4]，要具備終身學習能力[5]，課程教學要將價值塑造、知識傳授和能力培養相結合。因此，應將課程思政貫穿于教學全過程，緊緊圍繞課程目標開展各項教學活動。

在力學基礎課教學中，首先通過引入與課程相關的力學家的故事、力學在我國航空航天等重大工程中的應用，厚植學生的家國情懷，培養學生的使命擔當精神；緊扣與課程內容相關的力學熱點問題確定課程任務，鼓勵學生分組研討，提交課程報告，從而讓學生樹立正確的世界觀、人生觀、價值觀；引入工程中的力學實例培養學生的思辨精神；通過嚴謹的公式推導，嚴密的邏輯論證培養學生的歸納、總結、演繹、轉換等科學思維，培養學生的創新能力，讓學生養成探索未知的習慣；應用多種現代教育技術，營造小組學習氛圍[6]，將在線課堂與傳統課堂相結合[7]，打造線上線下混合式學習環境，讓學生學會自主學習，練就終身學習能力。

例如在理論力學課中，在講動量定理時，我們將電影《流浪地球》引入課堂，讓學生自己建立簡單的力學模型來計算，把地球推出太陽系到底需要多大的力，流浪地球計劃是否真的可行。同時，結合《流浪地球》中的“火種計劃”和“流浪地球計劃”，西方國家所主張的火種計劃是在災難降臨地球時，拋掉地球，讓飛船逃生，飛船其實就是另一個諾亞方舟。而中國人所主張的流浪地球計劃是即使去流浪，我們也要帶著地球去流浪。結合新冠肺炎疫情，中國政府全力救治每一位病患，不放棄任何一個生命，這和某些西方國家形成了鮮明的對比。其實這是兩種價值觀的碰撞，我們將這兩種價值觀的碰撞拋給學生，讓學生自己去分析、去判斷，讓學生養成思辨的習慣，不人云亦云。在對比中，厚植學生的家國情懷和使命擔當精神。

三、基于工科力學基礎課程目標的線上線下混合式教學改革

順應互聯網時代教學規律及新生代學生的學習特點，我們緊緊圍繞課程知識目標、技能目標和素質目標，設計有效的教學活動。

隨著雨課堂等智慧教學工具的廣泛應用，現代課堂已經是一個集多種教育技術于一體的混合式智慧課堂。混合式課堂緊緊圍繞課程知識目標展開，設計能夠使學生快速掌握力學知識的混合式教學環境。例如受新冠肺炎疫情影響，部分學生不能及時返校上課，筆者在講授理論力學英文課時，選擇在智慧教室上課，上課時同時開啟騰訊會議和雨課堂直播，線上學生有問題可以直接用騰訊會議提問，也可以在班級QQ群中提問，并和同學們討論。教師發布課堂練習題，要求學生用雨課堂的投稿功能在線上提交，這時教師可以很快看到學生的答題情況，并對錯誤進行糾正。這樣借助雨課堂和騰訊會議的智慧教學就能使課堂變成一個高效的反饋式課堂，有效提高了課堂的知識目標成效。另外，雨課堂的回看功能能夠保證學生的課后復習，教師要求學生在SPOC中進行作業互評。作業互評有利于學生互相學習，能夠應用所學知識對學習進行評價，這本身就是學習的更高階層次。

日常的教學活動中基于雨課堂等智慧教育技術，將線下課堂、在線課堂、翻轉課堂有機融合，進行課前、課中、課后教學活動設計。依托線上教學支撐環境，如慕課、雨課堂、騰訊會議、西工大課程平臺等開展課內外線上教學活動，包括在線自主學習、小組學習、在線交流、師生互動、課外個性輔導、在線測試等。線上自主學習階段緊緊圍繞課程素質目標提高學生的自主學習能力。線下教學主要是傳統的課堂教學環節，完成力學基礎課程知識教學，達成知識目標。學生利用翻轉課堂進行課外學習、完成課程報告，開展課內研討、交流、海報展示等活動，在進行探究式學習的同時，提高自身的學術寫作能力、口頭表達能力、交流和團隊協作能力。圍繞課程知識點，打造線上線下教學閉環，充分進行各種教學活動的互補，整合優化，實現課程知識目標、技能目標和素質目標。

在校學生的翻轉課堂，教師會給學生提供很多資料和教具，組織學生研討，讓學生完成課程報告。但是在線教學中，教師無法給學生提供足夠的資料和教具，這對線上翻轉課堂的開展十分不利，因此我們開發了系列動畫來輔助線上學生完成課堂討論和課程報告。這種線上翻轉課堂模式如圖2所示。在動畫的幫助下，在線學生可以和線下學生一樣分組參與課堂討論，分析系統的運動，最終達成翻轉課堂教學目標。

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圖2 線上翻轉課堂結構圖

四、緊扣教學目標的學習評價體系改革

評價體系緊緊圍繞課程教學目標，主要基于過程性考核和結果考核。結果考核基于線下期中和期末課程考試，是對知識目標最有效、最公平的測試。過程性考核是基于智慧型教學大數據分析的多元化評價手段，包括慕課、雨課堂等課堂學習大數據統計，學生的書面課程報告、課堂口頭報告及海報展示、學生的質詢和答辯等，這些評價基于技能目標和素質目標，考查學生對知識的綜合應用能力、學術寫作能力、團隊合作能力、口頭表達能力等。學生的學習過程都和成績評定相關聯。這樣通過給學生明確的學習評價方法，促進學生積極探索、參加課堂活動、鍛煉上述各種能力，從而促進學生提高綜合素質，達成課程教學育人目標。

在筆者的全英文理論力學課程中，期末考試占比60%，期中考試占比10%，課程報告、海報展示和答辯占比20%，慕課成績占比10%。開學初筆者就將課程評價方法明確告訴學生，激勵學生積極參加各種課程活動，從而提升綜合素質。

自從西北工業大學的理論力學慕課上線之后，我們持續四年做線上線下相結合的混合式教學，從開始的探索到現在相對成熟，逐漸形成一整套混合式教學和考核體系，這種教學和考核體系對學生的培養效果也已經凸顯。圖3是持續四年對理論力學混合式教學所做的問卷調查（7、8、9三項是近兩年做的調查）。

從圖中可以看到，多數學生認為混合式教學加強了課堂互動，個人綜合素質和學習能力都有所提高。從2018年開始，通過課程思政學生增強了學生的責任擔當意識，使他們了解了學術道德的重要性并提升了個人綜合素質。2017年開始實施混合式教學時，由于教學設計還不充分，尚處于探索階段，學生滿意度并不是很高。之后課程組不斷深化改革，優化課程內容，調整教學手段，最終近兩年學生滿意度都保持較高水平，這證明混合式教學效果已經得到學生的肯定。問卷調查顯示，90%以上學生都認同混合式教學模式，并從混合式教學模式中獲益，提升了自身的學習能力、寫作能力、思辨能力，從而提升了自身的綜合素質。

五、結語

新工科建設要求高等教育要轉變教學模式，從教師的教轉變為學生的學，教師的教學設計應以怎么能讓學生學懂、融會貫通并綜合應用為目標，同時激發學生的創新思維，給學生更多機會去挖掘學習潛力，有更多的機會來展示其學習成果，讓學生享受學習帶給自己的成就感，而這種成就感是促進學生深入學習的良好動力。基于建構主義建構教學活動和教學評價系統，將課程思政與集合多種教育技術的線上線下混合式教學相融合，可以激發學生的思辨精神、創新精神，提高學生的學習能力，讓學生養成探索未知的習慣，最終實現三種教學目標，達成課程育人總目標。

［ 參 考 文 獻 ］

[1］ 吳愛華，楊秋波，郝杰.以“新工科”建設引領高等教育創新變革[J].高等工程教育研究，2019（1）：1-7.

[2］ 安德森.布盧姆教育目標分類學：分類學視野下的學與教及其測評（修訂版）[M].蔣小平，譯.北京： 外語教學與研究出版社， 2009.

[3］ 葉紅玲，楊慶生，劉趙淼.新工科背景下《理論力學》課程教學的幾點思考[A].北京力學會：北京力學會第二十四 屆學術年會論文集[C].北京力學會，2018：933-935.

[4］ 哈瑞·劉易斯.失去靈魂的卓越：哈佛是如何忘記教育宗旨的：第2版[M].侯定凱等，譯.上海：華東師范大學出版社，2006.

[5］ 張娟，高大力，王凡華，等，結合理論力學淺談課程思政建設[J].西南交通大學學報（社會科學版），2019（9）：249.

[6］ 張娟，基于建構主義的互助式小組學習在線教學模式研究[J].教育教學論壇，2020（40）：269-270.

[7］ 張娟， 王艷， 余龍. 理論力學“四堂融合”混合式教學和考核模式改革的實踐[J].力學與實踐，2019（2）： 210-215.

［責任編輯：陳 明］